高中物理 第二章 直流电路 第5节 学生实验 测量电源的电动势和内阻课件 教科版选修31.ppt

第5节学生实验 测量电源的电动势和内阻 实验探究 实验基础 典例研习 实验基础解读实验 萃取精华 一 实验目的1 用伏安法测电源电动势和内电阻 2 掌握用图像法处理实验数据 二 实验原理实验电路 如图所示 若改变外电路电阻r 用电流表和电压表测出两组总电流i1 i2和对应路端电压u1 u2 由e u ir可得到两个二元一次方程组 从而解得电源的电动势和内阻 三 实验器材被测电源 电流表 电压表 滑动变阻器 开关和导线 实验探究探寻结论 提升精度 一 实验操作1 确定电流表 电压表的量程 按电路图把器材连接好 如图所示 2 把滑动变阻器的滑动片移到使阻值最大一端 3 闭合开关 调节变阻器 使电流表有明显示数 记录一组电流表和电压表的示数 用同样的方法测量并记录几组i和u的值 并填入表格 4 断开开关 拆去实验线路 整理好器材 二 数据处理1 代数法 利用u i的值分别列出若干关于e u ir方程组 求出若干组e和r的值 算出它们的平均值作为测量结果 2 图像法 1 以i为横坐标 u为纵坐标建立平面直角坐标系 根据几组i u的测量数据在坐标系中描点 2 用直尺画一条直线 使尽量多的点落在这条直线上 不在直线上的点 能大致均衡地分布在直线两侧 3 如图所示 图线与纵轴交点为e 图线与横轴交点为i短 图线的斜率表示r 三 误差分析 四 注意事项1 使用内阻大些 用过一段时间 的干电池 在实验中不要将i调得过大 每次读完u i读数立即断电 以免干电池在大电流放电时极化现象严重使e r明显变化 2 干电池内阻较小时u的变化较小 坐标图中数据点将呈现如图 甲 所示的状况 为此可使坐标不从零开始 如图 乙 所示 纵坐标不从零开始 把纵坐标的比例放大 可使结果的误差减小些 此时图线与横轴交点不表示短路电流 在直线上任取两个相距较远的点 用r 计算出电池的内阻r 3 合理地选择电压表与电流表的量程可以减小读数误差 典例研习通法悟道 拓宽思路 类型一 仪器的选取和实物连线 例1 用电流表和电压表测定电池的电动势和内阻 的实验 供选用的器材有 a 电流表 量程 0 0 6a ra 1 b 电流表 量程 0 3a ra 0 6 c 电压表 量程 0 3v rv 5k d 电压表 量程 0 15v rv 10k e 滑动变阻器 0 10 额定电流1 5a f 滑动变阻器 0 2k 额定电流0 2a g 待测电源 一节一号干电池 开关 导线若干 1 请在虚线框中画出本实验的实验电路图 2 电路中电流表应选用 电压表应选用 滑动变阻器应选用 用字母代号填写 3 如图所示为实验所需器材 请按实验原理图连接成正确的实验电路 核心点拨 选择电路 电压表要并联在电源两端 选择电表 根据电源电动势的大小选择电压表的量程 一节电池供电 电流不会太大 且小量程电表更容易读数 电阻的选择 阻值太大 调节范围太小 很容易造成短路 如何连接 先连接外围干路 最后再连电压表 解析 1 电路如图所示 由于在电路中只要求电压表的内阻rv r 这种条件很容易实现 所以应使用该电路 2 考虑到待测电源只有一节干电池 所以电压表应选c 放电电流又不能太大 一般不超过0 5a 所以电流表应选a 滑动变阻器不能选择阻值太大的 从允许最大电流和减小实验误差的角度来看 应选择电阻较小额定电流较大的滑动变阻器e 故器材应选a c e 3 如图所示 答案 1 见解析 2 ace 3 见解析 规律方法器材的选择原则实验器材的选取应遵循安全 精确和操作方便的原则 本实验的误差主要来自电压表的分流 因此实验中滑动变阻器的选择原则是 阻值范围较小而额定电流较大 电压表的选择原则是 在满足量程要求的前提下选取内阻较大的 电流表的选择需根据电源和选用的滑动变阻器来确定 类型二 实验数据的处理 例2 2015 江苏卷 10 小明利用如图 甲 所示的实验装置测量一干电池的电动势和内阻 1 图中电流表的示数为a 解析 1 电流表所用量程为0 0 6a 其分度值为0 02a 其示数为0 4a 2 0 02a 0 44a 答案 1 0 44 2 调节滑动变阻器 电压表和电流表的示数记录如下 请根据表中的数据 在图 乙 中作出u i图线 由图线求得 电动势e v 内阻r 答案 2 u i图线见解析1 60 1 58 1 62都算对 1 2 1 18 1 26都算对 解析 3 干电池长时间使用后 电动势和内阻会发生变化 导致实验误差增大 3 实验时 小明进行了多次测量 花费了较长时间 测量期间一直保持电路闭合 其实 从实验误差考虑 这样的操作不妥 因为 答案 3 见解析 类型三 用其他方法测e和r 例3 利用如图 a 所示电路 可以测量电源的电动势和内阻 所用的实验器材有 待测电源 电阻箱r 最大阻值999 9 电阻r0 阻值为3 0 电阻r1 阻值为3 0 电流表 量程为200ma 内阻为ra 6 0 开关s 实验步骤如下 将电阻箱阻值调到最大 闭合开关s 多次调节电阻箱 记下电流表的示数i和电阻箱相应的阻值r 求出直线的斜率k和在纵轴上的截距b 回答下列问题 1 分别用e和r表示电源的电动势和内阻 则与r的关系式为 2 实验得到的部分数据如下表所示 其中电阻r 3 0 时电流表的示数如图 b 所示 读出数据 完成下表 答 答案 2 0 1109 09 解析 2 电流表每小格表示4ma 因此电流表读数是0 110a 倒数是9 09a 1 3 在图 c 的坐标纸上将所缺数据点补充完整并作图